《德國應化》：利用多巴胺，摺疊DNA

近日，來自德國普朗克高分子研究所的Yuzhou Wu教授、David Y. W. Ng博士以及Tanja Weil教授及其同事成功實現了可控合成具有不同納米形狀的聚多巴胺並使用該合成的聚多巴胺摺疊DNA納米片。

具有清晰形狀的聚多巴胺高分子材料可被應用於高效微型生物感測器或生物晶元。但是，由於1）多巴胺聚合機理複雜，聚合過程因涉及眾多未知及壽命短暫的中間體而了解甚少；2）多巴胺聚合過程快速以及3）多巴胺分子間的粘合性導致聚合物團聚，合成形貌可控的微型聚多巴胺一直是高分子合成領域中的一項挑戰。

本文作者們將解決該挑戰的關鍵鎖定在了DNA分子上。作者們首先將DNA小段分子的3"末端修飾上一段富含鳥嘌呤（G）的序列（G4）並連接上氯化血紅素（Hemin），然後將這些修飾後的小段DNA分子整合進DNA納米片中。在整合過程中，人為將修飾後的DNA分子排列為一定的樣式，作為聚合多巴胺的模板。

嵌入DNA納米片的G4/氯化血紅素活性位點引導多巴胺聚合過程示意圖。在較低離子強度下聚多巴胺生長在DNA納米片表面。較高離子強度時多巴胺則傾向在溶液中聚合。

當引入多巴胺（單體）、雙氧水（氧化劑）及其他必要試劑後，多巴胺可在G4/氯化血紅素活性位點的催化作用下被氧化為氧化多巴胺，繼而形成寡聚體並進一步聚合生成聚多巴胺。為了防止聚多巴胺在溶液中自聚，作者們小心地調節了聚合體系的離子強度，使得DNA部分帶負電而多巴胺中的氨基帶正電。二者之間的靜電吸引作用使得聚多巴胺僅會在位於DNA上活性位點附近聚合，使得最終形成的聚多巴胺高分子形狀與事先排列好的G4/氯化血紅素的圖樣保持一致並緊密貼附在DNA納米片上。

兩種不同樣式的聚多巴胺可通過調整修飾後的DNA分子排列方式得以合成。

因為聚多巴胺分子間有很強的吸引力，作者們利用合成的聚多巴胺實現了對DNA納米片的摺疊。如下圖所示，通過在DNA納米片邊界處或中心處生長聚多巴胺，DNA納米片可以像紙張一樣被摺疊起來。

利用聚多巴胺中多巴胺分子間相互作用力產生的吸引力對DNA納米片進行摺疊操作（圖中標尺為100 nm）。

此外，DNA分子可以很容易地使用1 M鹽酸水溶液溶解掉，從而脫附形成在表面的聚多巴胺。原子力顯微鏡觀察證明聚多巴胺的形狀在脫附前後未遭到破壞。

本工作成功實現了利用DNA模板製備形貌可控的聚多巴胺高分子材料並利用聚多巴胺對DNA分子進行摺疊。該法有望為DNA納米技術及納米醫藥應用開拓出全新的應用方向。

全文鏈接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201711560/abstract

來源：劉田宇 高分子科學前沿

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